(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる冷凍機本体と、
前記冷凍機本体に高圧の冷媒ガスを供給する高圧側配管と、前記冷凍機本体から低圧の冷媒ガスを回収する低圧側配管とが接続された圧縮機と、
前記冷媒ガスを収納するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記冷凍機本体とを接続する第１配管に設けられたバッファ用バルブと、
前記高圧側配管と前記バッファタンクとを接続する第２配管に設けられた高圧側バルブと、
前記低圧側配管と前記バッファタンクとを接続する第３配管に設けられた低圧側バルブと、
を有することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記高圧側配管に設けられた第１開閉バルブが開いているときに前記低圧側バルブを開き、
前記低圧側配管に設けられた第２開閉バルブが開いているときに前記高圧側バルブを開くことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記第２配管及び前記第３配管の少なくとも一方にオリフィスを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記冷凍機本体がＧＭ冷凍機である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記冷凍機本体がパルス管冷凍機である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極低温冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は極低温冷凍機に係り、特に冷媒ガスを供給する圧縮機を有した極低温冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ギフォード・マクマホン冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）やパルス管冷凍機等の極低温冷凍機は、シリンダ或いは蓄冷器（以下、シリンダ等という）から回収した低圧の冷媒ガスを圧縮処理して高圧化し、この高圧の冷媒ガスを再びシリンダ等に供給する圧縮機が設けられている。
【０００３】
また、圧縮機の小型化及び低出力化を図るため、中間バッファタンクを設けた極低温冷凍機も提案されている（特許文献１）。この極低温冷凍機は、圧縮機から高圧の冷媒ガスをシリンダ等に供給するに先立ち、中間バッファタンクに収納された冷媒ガスをシリンダ等に供給する構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２７３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のように極低温冷凍機に設けられた圧縮機は、低圧側から回収した冷媒ガスを高圧化して高圧側に供給する。しかしながら、圧縮機からシリンダ等に冷媒ガスを供給しない期間において、圧縮機が高圧の冷媒ガスを高圧側に供給し続けると、高圧側の圧力が大きく上昇してしまう。
【０００６】
逆に、シリンダ等から圧縮機に冷媒ガスを回収しない期間において、圧縮機が高圧の冷媒ガスを高圧側に供給し続けると、圧縮機の低圧側の圧力が大きく低下してしまう。
【０００７】
このように、圧縮機の高圧側と低圧側の圧力差が大きいと圧縮機に負荷が掛かり、圧縮効率が低下し、また消費電力が増大するという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、圧縮機の高圧側と低圧側の圧力差を低減した極低温冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、第１の観点からは、
冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる冷凍機本体と、
前記冷凍機本体に高圧の冷媒ガスを供給する高圧側配管と、前記冷凍機本体から低圧の冷媒ガスを吸収する低圧側配管とが接続された圧縮機と、
前記冷媒ガスを収納するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記冷凍機本体とを接続する第１配管に設けられたバッファ用バルブと、
前記高圧側配管と前記バッファタンクとを接続する第２配管に設けられた高圧側バルブと、
前記低圧側配管と前記バッファタンクとを接続する第３配管に設けられた低圧側バルブとを有することを特徴とする極低温冷凍機により解決することができる。
【発明の効果】
【００１０】
開示の極低温冷凍機によれば、圧縮機からシリンダ等に冷媒ガスを供給しない期間においては、高圧側バルブを開くことにより高圧側配管から高圧の冷媒ガスをバッファタンクに送ることが可能となる。また、シリンダ等から圧縮機に冷媒ガスを回収しない期間においては、低圧側バルブを開くことによりバッファタンク内の冷媒ガスを低圧側配管に供給することが可能となる。これにより、圧縮機の高圧側と低圧側の圧力差を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態である極低温冷凍機の構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態である極低温冷凍機のバルブ切り替えのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態である極低温冷凍機の動作を説明するための図である（その１）。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態である極低温冷凍機の動作を説明するための図である（その２）。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態である極低温冷凍機の構成図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態である極低温冷凍機の構成図である。
【図７】図７は、本発明の第４実施形態である極低温冷凍機の構成図である。
【図８】図８は、本発明の第５実施形態である極低温冷凍機の構成図である。
【図９】図９は、本発明の第５実施形態である極低温冷凍機のバルブ切り替えのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態である極低温冷凍機の動作を説明するための図である（その１）。
【図１１】図１１は、本発明の第５実施形態である極低温冷凍機の動作を説明するための図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態である極低温冷凍機を示している。同図に示す極低温冷凍機１０Ａは、パルス管冷凍機に本願発明を適用したものである。
【００１４】
本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａは、圧縮機１２、高圧側冷媒ガス供給系１３Ａ、低圧側冷媒ガス回収系１３Ｂ、冷凍機本体３０Ａ、蓄冷器４０、パルス管５０、第１バッファタンク７０、及び第２バッファタンク８０等を有している。
【００１５】
高圧側冷媒ガス供給系１３Ａは圧縮機１２の高圧（供給）側に接続されており、冷凍機本体３０Ａに対して高圧の冷媒ガス（例えば、ヘリウムガス）を供給する。また、低圧側冷媒ガス回収系１３Ｂは圧縮機１２の低圧（回収）側に接続されており、冷凍機本体３０Ａから低圧の冷媒ガスを回収する。
【００１６】
高圧側冷媒ガス供給系１３Ａは、第１高圧側配管１５Ａと第１開閉バルブＶ１を有している。第１高圧側配管１５Ａは、一端が圧縮機１２の高圧（供給）側に接続に接続されると共に、他端が第１共通配管２０に接続されている。この第１共通配管２０は、蓄冷器４０の高温端４２に接続されている。
【００１７】
また、第１開閉バルブＶ１は、第１高圧側配管１５Ａに設けられている。この第１開閉バルブＶ１を開閉することにより、第１高圧側配管１５Ａ流れる冷媒ガスの蓄冷器４０への供給及び供給停止が行われる。
【００１８】
低圧側冷媒ガス回収系１３Ｂは、第１低圧側配管１５Ｂと第２開閉バルブＶ２を有している。第１低圧側配管１５Ｂは、一端が圧縮機１２の低圧（回収）側に接続に接続されると共に、他端が第１共通配管２０に接続されている。
【００１９】
また、第２開閉バルブＶ２は、第１低圧側配管１５Ｂに設けられている。この第２開閉バルブＶ２を開閉することにより、蓄冷器４０から第１低圧側配管１５Ｂを通り圧縮機１２に冷媒ガスの回収及び回収停止が行われる。
【００２０】
冷凍機本体３０Ａは、パルス管タイプの冷凍機を構成する。この冷凍機本体３０Ａは、蓄冷器４０、パルス管５０、及び第１バッファタンク７０等を有している。
【００２１】
蓄冷器４０は、内部に蓄冷材が充填されている。蓄冷器４０の高温端４２には、前記のように第１共通配管２０が配設されている。また、蓄冷器４０の低温端４４は、接続配管５６を介してパルス管５０の低温端５４に接続されている。
【００２２】
パルス管５０の高温端５２は、オリフィス６０を有する配管６１を介して、第１バッファタンク７０と接続されている。このオリフィス６０及び第１バッファタンク７０により、パルス管５０内を流れる冷媒ガスの圧力変化の位相を調整することが可能となり、冷凍効率の向上を図ることができる。
【００２３】
また、パルス管５０内の高温端側及び低温端側には、熱交換器５２Ａ，５４Ａが配設されている。この熱交換器５２Ａ，５４Ａは、冷媒ガスが通過する際に冷媒ガスとの間で熱交換が行われ冷却される。
【００２４】
第２バッファタンク８０は、内部に冷媒ガスを溜めることが可能な構成とされている。この第２バッファタンク８０は、第２共通配管８１を介して第１共通配管２０に接続されている。また、第２共通配管８１には、バッファ用バルブＶＢが設けられている。このバッファ用バルブＶＢが開くことにより、蓄冷器４０と第２バッファタンク８０との間で冷媒ガスの授受が可能となる。
【００２５】
第１高圧側配管１５Ａと第２バッファタンク８０との間には、高圧側バイパス配管８２が配設されている。また、この高圧側バイパス配管８２には、高圧側バルブＶＨが設けられている。この高圧側バルブＶＨが開くことにより、第１高圧側配管１５Ａと第２バッファタンク８０は連通する構成とされている。
【００２６】
また、第１低圧側配管１５Ｂと第２バッファタンク８０との間には、低圧側バイパス配管８４が配設されている。また、この低圧側バイパス配管８４には、低圧側バルブＶＬが設けられている。この低圧側バルブＶＬが開くことにより、第１低圧側配管１５Ｂと第２バッファタンク８０は連通する構成とされている。
【００２７】
次に、上記構成とされた極低温冷凍機１０Ａの動作について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、極低温冷凍機１０Ａに設けられた各バルブＶ１，Ｖ２，ＶＢ，ＶＨ，ＶＬの開閉タイミングを示すタイミングチャートであり、図３は図２における時間t4〜t5における状態を示し、図４は図２における時間t10〜t11における状態を示す図である。
【００２８】
なお、図２において太い実線で示す間はバルブが開いたことを示している。また、図３及び図４において、開いているバルブは（ＯＮ）と示し、閉じているバルブは（ＯＦＦ）と示している。
［第１行程：時間t0〜t3］
図２に示すように、時間t0〜t3の冷媒ガスの供給予備行程では、バッファ用バルブＶＢが時間t1〜t2の間開かれる。また、他のバルブＶ１，Ｖ２，ＶＨ，ＶＬは閉じた状態とされる。
【００２９】
第２バッファタンク８０には、後述するように高圧の冷媒ガスが溜められている。よって、バッファ用バルブＶＢが開かれることにより、第２バッファタンク８０内の高圧の冷媒ガスは、第２共通配管８１及び第１共通配管２０を通り蓄冷器４０に供給される。第２バッファタンク８０から蓄冷器４０に供給された高圧の冷媒ガスは、蓄冷器４０、接続配管５６を介してパルス管５０に供給される。
［第２行程：時間t3〜t6］
時間t3〜t6の冷媒ガスの供給行程では、第１開閉バルブＶ１が時間t3〜t5の間開かれる。また、第２開閉バルブＶ２，バッファ用バルブＶＢ，高圧側バルブＶＨは閉じた状態とされる。これにより、圧縮機１２で圧縮処理された高圧の冷媒ガスが第１高圧側配管１５Ａ及び第１共通配管２０を通り蓄冷器４０に供給される。
【００３０】
この際、前記のように本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａは、圧縮機１２から高圧の冷媒ガスを蓄冷器４０に供給する前に、第２バッファタンク８０から蓄冷器４０に対して高圧の冷媒ガスが供給される構成としている。よって、蓄冷器４０及びパルス管５０に対して圧縮機１２のみで高圧の冷媒ガスを供給する構成に比べ、圧縮機１２からのガス供給量を低減でき、圧縮機１２の低出力化及び省電力化を図ることができる。
【００３１】
ここで、低圧側冷媒ガス回収系１３Ｂに注目すると、第２開閉バルブＶ２は閉じられており、また圧縮機１２は第１低圧側配管１５Ｂから低圧の冷媒ガスを回収して高圧側冷媒ガス供給系１３Ａに供給するため、第１低圧側配管１５Ｂ内の圧力は低下してしまう。よって、この状態を放置すると従来のように圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差が大きくなってしまう。
【００３２】
しかしながら、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａは、第２バッファタンク８０と第１低圧側配管１５Ｂが低圧側バイパス配管８４で接続された構成とされている。また、低圧側バイパス配管８４に設けられた低圧側バルブＶＬは、図２に示すように、第１開閉バルブＶ１が開いた後、所定時間経過した時間t4において開かれる構成とされている。
【００３３】
よって、低圧側バルブＶＬが時間t4〜t5の間開かれることにより、図３に示すように、第２バッファタンク８０内の高圧の冷媒ガスは低圧側バイパス配管８４を通り第１低圧側配管１５Ｂに流入する（図中、冷媒ガスの流れを破線の矢印で示す）。従って、圧縮機１２が第１低圧側配管１５Ｂから冷媒ガスを回収しても、第１低圧側配管１５Ｂには第２バッファタンク８０から高圧の冷媒ガスが供給されることにより、第１低圧側配管１５Ｂの圧力が低下することを防止することができる。
［第３行程：時間t6〜t9］
時間t6〜t9の冷媒ガスの回収予備行程においては、バッファ用バルブＶＢが時間t7〜t8の間開かれる。また、他のバルブＶ１，Ｖ２，ＶＨ，ＶＬは閉じた状態とされる。
【００３４】
これにより、蓄冷器４０及びパルス管５０内の冷媒ガスは接続配管５６、第１共通配管２０、及び第２共通配管８１を通り第２バッファタンク８０に回収される。これにより第２バッファタンク８０内の冷媒ガスの圧力は上昇する。
［第４行程：時間t9〜t13］
時間t9〜t13の冷媒ガスの回収行程では、第２開閉バルブＶ２が時間t9〜t12の間開かれる。また、第１開閉バルブＶ１，バッファ用バルブＶＢ，低圧側バルブＶＬは閉じた状態とされる。
【００３５】
これにより、パルス管５０内の冷媒ガスは接続配管５６、蓄冷器４０、第１共通配管２０、及び第１低圧側配管１５Ｂを通り圧縮機１２に回収される。また、回収された冷媒ガスは、圧縮機１２で圧縮処理が行われ、高圧化された冷媒ガスは第１高圧側配管１５Ａに供給される。
【００３６】
この際、前記のように本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａは、圧縮機１２がパルス管５０及び蓄冷器４０から冷媒ガスの回収を開始する前に、第２バッファタンク８０に対して冷媒ガスが回収される構成とされている。よって、圧縮機１２のみで冷媒ガスを回収する構成に比べ、圧縮機１２によるガス回収量を低減でき、圧縮機１２の低出力化及び省電力化を図ることができる。
【００３７】
ここで、高圧側冷媒ガス供給系１３Ａに注目すると、第１開閉バルブＶ１は閉じられており、また圧縮機１２は第１低圧側配管１５Ｂから低圧の冷媒ガスを回収して高圧側冷媒ガス供給系１３Ａに供給するため、第１高圧側配管１５Ａ内の圧力は上昇してしまう。よって、この状態を放置すると圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差が大きくなってしまうことは前述した通りである。
【００３８】
しかしながら、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａは、第２バッファタンク８０と第１高圧側配管１５Ａが高圧側バイパス配管８２で接続された構成とされている。また、高圧側バイパス配管８２に設けられた高圧側バルブＶＨは、図２に示すように、第２開閉バルブＶ２が開いた後、所定時間経過した時間t10において開かれる構成とされている。
【００３９】
よって、高圧側バルブＶＨが時間t10〜t11の間開かれることにより、図４に示すように、圧縮機１２で生成された高圧の冷媒ガスは、高圧側バイパス配管８２を通り第２バッファタンク８０に流入する（図中、冷媒ガスの流れを破線の矢印で示す）。従って、第１開閉バルブＶ１が閉じられた状態で圧縮機１２が第１高圧側配管１５Ａに対して高圧の冷媒ガスを供給しても、この高圧の冷媒ガスは第２バッファタンク８０に供給されるため、第１高圧側配管１５Ａ内の圧力が上昇することを防止することができる。
【００４０】
上記した第１〜第４行程を１サイクルとして繰り返すことにより、パルス管５０内で冷媒ガスの圧縮／膨脹が繰り返し生じ、パルス管５０の低温端５４で寒冷を発生させることができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａは、上記のように第１開閉バルブＶ１が閉じられることにより圧縮機１２から冷凍機本体３０Ａに冷媒ガスの供給を行わない期間に、高圧側バルブＶＨを開いて圧縮機１２に接続された第１高圧側配管１５Ａを第２バッファタンク８０に接続し、圧縮機１２から第２バッファタンク８０に高圧の冷媒ガスが供給されるよう構成している。
【００４２】
また、第２開閉バルブＶ２が閉じられることにより圧縮機１２が冷凍機本体３０Ａから冷媒ガスを回収しない期間に、低圧側バルブＶＬを開くことにより圧縮機１２に接続された第１低圧側配管１５Ｂを第２バッファタンク８０と接続し、第２バッファタンク８０から高圧の冷媒ガスを第１低圧側配管１５Ｂに供給する構成としている。
【００４３】
この構成とすることにより、圧縮機１２から冷凍機本体３０Ａに冷媒ガスの供給を行わない期間においては、圧縮機１２の高圧側冷媒ガス供給系１３Ａの圧力が上昇してしまうことを防止することができる。また、圧縮機１２が冷凍機本体３０Ａから冷媒ガスを回収しない期間においては、圧縮機１２の圧力が低下するのを防止することができる。これにより、圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差を低減することが可能になる。
【００４４】
また、圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差が低減されることにより、圧縮機１２の負荷を低減でき、圧縮機１２の消費電力の低減を図ることができる。また、冷凍機本体３０Ａに供給され、また冷凍機本体３０Ａから回収される冷媒ガスの安定化が図れるため、冷凍機本体３０Ａの冷凍効率の向上を図ることができる。
【００４５】
次に、本発明の他の実施形態について、図５乃至図１１を用いて説明する。
【００４６】
なお、図５乃至図１１において、図１乃至図４を用いて説明した第１実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａの構成と対向する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図５は、本発明の第２実施形態である極低温冷凍機１０Ｂを示している。
【００４８】
本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｂは、基本構成は第１実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａと同一であるが、高圧側バイパス配管８２に高圧側オリフィス８６を設けると共に、低圧側バイパス配管８４に低圧側オリフィス８８を設けたことを特徴としている。この高圧側オリフィス８６は高圧側バイパス配管８２を流れる冷媒ガスの流量制御を行うものであり、また低圧側オリフィス８８は低圧側バイパス配管８４を流れる冷媒ガスの流量制御を行うものである。
【００４９】
圧縮機１２から冷凍機本体３０Ａに冷媒ガスの供給を行わない期間では、前記のように高圧側バルブＶＨが開かれて圧縮機１２から第２バッファタンク８０に高圧の冷媒ガスが供給される。高圧側オリフィス８６は、高圧側バイパス配管８２を流れる冷媒ガスの流量制御を行い、第１高圧側配管１５Ａから第２バッファタンク８０に向けての冷媒ガスの通過を制御する構成とされている。
【００５０】
一方、圧縮機１２が冷凍機本体３０Ａから冷媒ガスを回収しない期間においては、前記のように低圧側バルブＶＬが開かれて第２バッファタンク８０から冷媒ガスが第１低圧側配管１５Ｂに供給される。低圧側オリフィス８８は、低圧側バイパス配管８４を流れる冷媒ガスの流量制御を行い、第２バッファタンク８０から第１低圧側配管１５Ｂに向けての冷媒ガスの通過を制御する構成とされている。
【００５１】
よって、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｂによれば、第１高圧側配管１５Ａから第２バッファタンク８０に向け冷媒ガスと、第２バッファタンク８０から第１低圧側配管１５Ｂに向けて冷媒ガスの流量制御を行う。これにより、第１高圧側配管１５Ａ及び第１低圧側配管１５Ｂの内部圧力の安定化を図ることができ、これによっても圧縮機１２の消費電力の低減、及び冷凍機本体３０Ａの冷凍効率の向上を図ることができる。
【００５２】
図６は、本発明の第３実施形態である極低温冷凍機１０Ｃを示している。
【００５３】
本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｃは、冷凍機本体３０Ｂとしてダブルインレットタイプのパルス管冷凍機を適用したことを特徴としている。よって冷凍機本体３０Ｂは、第１実施形態に設けられた冷凍機本体３０Ａに加え、ダブルインレット弁６３及びダブルインレット配管６５を設けた構成とされている。
【００５４】
ダブルインレット配管６５は、パルス管５０と第１バッファタンク７０とを接続する配管６１と、第１共通配管２０との間に配設されている。またダブルインレット弁６３は、ダブルインレット配管６５に配設されている。
【００５５】
上記構成とされた極低温冷凍機１０Ｃでは、オリフィス６０及び第１バッファタンク７０と共にダブルインレット弁６３によってもパルス管５０内の冷媒ガスの圧縮・膨張の位相差を制御することができ、冷却効率を向上させることができる。
【００５６】
また、ダブルインレット弁６３及びダブルインレット配管６５を設けたダブルインレットタイプの冷凍機本体３０Ｂを有した極低温冷凍機１０Ｃに対しても、高圧側バルブＶＨ，低圧側バルブＶＬ，第２バッファタンク８０，高圧側バイパス配管８２，低圧側バイパス配管８４を設けることができ、圧縮機１２の消費電力の低減、及び冷凍機本体３０Ｂの冷凍効率の向上を図ることができる。
【００５７】
図７は、本発明の第４実施形態である極低温冷凍機１０Ｄを示している。
【００５８】
本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｄは、冷凍機本体３０Ｃとしてギフォード・マクマホン冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）を適用したことを特徴としている。
【００５９】
冷凍機本体３０Ｃは、シリンダ９０、ディスプレーサ９２、駆動機構１００等を有した構成とされている。シリンダ９０は、その下端部に接続配管５６が接続されると共に、上端部には配管９４が接続されている。配管９４は、シリンダ９０の上端部と第１共通配管２０とを接続している。
【００６０】
ディスプレーサ９２は、シリンダ９０内を上下動するよう構成されている。また、シリンダ９０内でディスプレーサ９２の下部位置には膨張室９０ａが形成されている。また、シリンダ９０とディスプレーサ９２との間には、図示しないシール材が配設されている。よって、高圧の冷媒ガスがシリンダ９０とディスプレーサ９２との間からリークしないよう構成されている。
【００６１】
またディスプレーサ９２は、駆動機構１００に接続されている。駆動機構１００は、例えばスコッチヨーク機構であり、モータの回転をディスプレーサ９２の上下直線運動に変換する機能を奏する。ディスプレーサ９２は、駆動機構１００により駆動され、シリンダ９０の内部で往復上下移動を行う。
【００６２】
上記構成とされた冷凍機本体３０Ｃは、次のような動作を行う。先ず、第１開閉バルブＶ１が開いてシリンダ９０に高圧の冷媒ガスが供給される。また、駆動機構１００を駆動してディスプレーサ９２を上死点に向け移動させる。
【００６３】
そして、膨張室９０ａが最大容量となった際、第１開閉バルブＶ１を閉じると共に第２開閉バルブＶ２を開弁する。これにより、膨張室９０ａ内の冷媒ガスは断熱膨張し、寒冷が発生する。
【００６４】
その後、駆動機構１００によりディスプレーサ９２が下死点に向け移動することにより、シリンダ９０内の冷媒ガスは接続配管５６、蓄冷器４０、及び第１低圧側配管１５Ｂを介して圧縮機１２に回収される。
【００６５】
上記構成とされたＧＭタイプの冷凍機本体３０Ｂを有した極低温冷凍機１０Ｃに対しても、高圧側バルブＶＨ，低圧側バルブＶＬ，第２バッファタンク８０，高圧側バイパス配管８２，低圧側バイパス配管８４を設けることができ、圧縮機１２の消費電力の低減、及び冷凍機本体３０Ｃの冷凍効率の向上を図ることができる。
【００６６】
図８は、本発明の第５実施形態である極低温冷凍機１０Ｅを示している。
【００６７】
本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅは、本発明を４バルブ型パルスチューブ冷凍機に適用したものである。このため本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅは、第１実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａに対し、高圧側冷媒ガス供給系１３Ａにおいては第２高圧側配管１８Ａ及び第３開閉バルブＶ３を追加し、低圧側冷媒ガス回収系１３Ｂにおいては第２低圧側配管１８Ｂ及び第４開閉バルブＶ４を追加した構成とされている。
【００６８】
第２高圧側配管１８Ａは、第１高圧側配管１５Ａと配管６１との間に配設されている。また、第３開閉バルブＶ３は、この第２高圧側配管１８Ａに設けられている。第２低圧側配管１８Ｂは、第１低圧側配管１５Ｂと配管６１との間に配設されている。また、第４開閉バルブＶ４は、この第２低圧側配管１８Ｂに設けられている。
【００６９】
次に、上記構成とされた極低温冷凍機１０Ｅの動作について、図９〜図１１を用いて説明する。図９は、極低温冷凍機１０Ｅに設けられた各バルブＶ１〜Ｖ４，ＶＢ，ＶＨ，ＶＬの開閉タイミングを示すタイミングチャートであり、図１０は図９における時間t4〜t5における状態を示し、図１１は図９における時間t10〜t11における状態を示す図である。
【００７０】
なお、図９において太い実線で示す間はバルブが開弁していることを示している。また、図１０及び図１１において、開いているバルブは（ＯＮ）と示し、閉じているバルブは（ＯＦＦ）と示している。
［第１行程：時間t0〜t3］
図９に示すように、時間t0〜t3においては、先ず第３開閉バルブＶ３のみが開かれる。これにより、高圧の冷媒ガスは圧縮機１２から第１高圧側配管１５Ａ、第２高圧側配管１８Ａ、及び配管６１を通りパルス管５０に供給される。この第３開閉バルブＶ３は、時間t4まで開いた状態を維持する。
【００７１】
バッファ用バルブＶＢは、第３開閉バルブＶ３の開きタイミングよりも若干遅れ、時間t1〜t2の間開弁される。バッファ用バルブＶＢが開弁することにより、第２バッファタンク８０内の冷媒ガスは、第２共通配管８１及び第１共通配管２０を通り蓄冷器４０に供給される。
［第２行程：時間t3〜t6］
時間t3〜t4の間は、第３開閉バルブＶ３は開いた状態を維持する。これにより、第１行程と同様の流路で、圧縮機１２からパルス管５０への高圧の冷媒ガスの供給が維持される。
【００７２】
また第２行程では、第１開閉バルブＶ１が時間t3〜t5の間開弁される。第１開閉バルブＶ１が開弁することにより、圧縮機１２で生成された高圧の冷媒ガスが第１高圧側配管１５Ａ及び第１共通配管２０を通り蓄冷器４０に供給される。
【００７３】
この際、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅは、圧縮機１２から高圧の冷媒ガスを蓄冷器４０に供給する前のt1〜t2の間に、第２バッファタンク８０から蓄冷器４０に対して高圧の冷媒ガスが供給される構成としている。よって、圧縮機１２から蓄冷器４０へのガス供給量を低減でき、圧縮機１２の低出力化及び省電力化を図ることができる。
【００７４】
一方、低圧側バルブＶＬは、第１開閉バルブＶ１が開いたタイミングよりも所定時間遅れた時間t4〜t5の間開かれた状態となる。
【００７５】
ここで、低圧側冷媒ガス回収系１３Ｂに注目すると、第２及び第４開閉バルブＶ２，Ｖ４は閉じられており、また圧縮機１２は第１及び第２低圧側配管１５Ｂ，１８Ｂから低圧の冷媒ガスを回収して高圧側冷媒ガス供給系１３Ａに供給するため、第１及び第２低圧側配管１５Ｂ，１８Ｂ内の圧力は低下してしまう。よって、この状態を放置すると従来のように圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差が大きくなってしまう。
【００７６】
しかしながら、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅは、第２バッファタンク８０と第１低圧側配管１５Ｂが低圧側バイパス配管８４で接続された構成とされている。また、低圧側バイパス配管８４に設けられた低圧側バルブＶＬは、図９に示すように、第１開閉バルブＶ１が開いた後、所定時間経過した時間t4において開かれる構成とされている。
【００７７】
よって、低圧側バルブＶＬが時間t4〜t5の間開かれることにより、図１０に示すように、第２バッファタンク８０内の高圧の冷媒ガスは低圧側バイパス配管８４を通り第１低圧側配管１５Ｂに流入する（図中、冷媒ガスの流れを破線の矢印で示す）。
【００７８】
従って、圧縮機１２が第１及び第２低圧側配管１５Ｂ，１８Ｂから冷媒ガスを回収しても、第１低圧側配管１５Ｂには第２バッファタンク８０から高圧の冷媒ガスが供給されることにより、第１及び第２低圧側配管１５Ｂ，１８Ｂの圧力が低下することを防止することができる。
［第３行程：時間t6〜t9］
時間t6〜t9の間、第４開閉バルブＶ４は開いた状態を維持する。これにより、パルス管５０内の冷媒ガスは第２低圧側配管１８Ｂを通り圧縮機１２に回収される。
【００７９】
また、時間t7〜t8の間は、バッファ用バルブＶＢも開かれた状態となる。これにより、蓄冷器４０内の冷媒ガスは、第１共通配管２０及び第２共通配管８１を通り、第２バッファタンク８０に回収される。これにより第２バッファタンク８０内の冷媒ガスの圧力は上昇する。
［第４行程：時間t9〜t13］
第４開閉バルブＶ４は、時間t10において閉じられる。また、第２開閉バルブＶ２は、時間t9〜t12の間開かれる。第２開閉バルブＶ２が開かれることにより、蓄冷器４０及びパルス管５０内の冷媒ガスは、接続配管５６、蓄冷器４０、第１共通配管２０、及び第１低圧側配管１５Ｂを通り圧縮機１２に回収される。よって、時間t9〜t10の間は、冷媒ガスは第１低圧側配管１５Ｂ及び第２低圧側配管１８Ｂの双方の配管を用いて圧縮機１２に回収される。
【００８０】
この際、前記のように本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅは、圧縮機１２がパルス管５０及び蓄冷器４０から冷媒ガスの回収を開始する前に、第２バッファタンク８０に対して冷媒ガスの回収がされる構成とされている。よって、圧縮機１２のみで冷媒ガスを回収する構成に比べ、圧縮機１２によるガス回収量を低減でき、圧縮機１２の低出力化及び省電力化を図ることができる。
【００８１】
この第１及び第２低圧側配管１５Ｂ，１８Ｂを介して回収された冷媒ガスは、圧縮機１２で圧縮処理が行われ、高圧化された冷媒ガスは第１高圧側配管１５Ａに供給される。
【００８２】
ここで、高圧側冷媒ガス供給系１３Ａに注目すると、第１及び第３開閉バルブＶ１，Ｖ３は閉じられており、また圧縮機１２は第１及び第２低圧側配管１５Ｂ，１８Ｂから低圧の冷媒ガスを回収して高圧側冷媒ガス供給系１３Ａに供給するため、第１及び第２高圧側配管１５Ａ，１８Ａ内の圧力は上昇してしまう。よって、この状態を放置すると圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差が大きくなってしまうことは前述した通りである。
【００８３】
しかしながら、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅは、第２バッファタンク８０と第１高圧側配管１５Ａが高圧側バイパス配管８２で接続された構成とされている。また、高圧側バイパス配管８２に設けられた高圧側バルブＶＨは、図９に示すように、第２開閉バルブＶ２が開弁した後、所定時間経過した時間t10において開かれる構成とされている。
【００８４】
よって、高圧側バルブＶＨが時間t10〜t11の間開かれることにより、図１１に示すように、圧縮機１２で生成された高圧の冷媒ガスは、高圧側バイパス配管８２を通り第２バッファタンク８０に流入する（図中、冷媒ガスの流れを破線の矢印で示す）。従って、第１及び第３開閉バルブＶ１，Ｖ３が閉じられた状態で圧縮機１２が第１高圧側配管１５Ａに対して高圧の冷媒ガスを供給しても、この高圧の冷媒ガスは第２バッファタンク８０に供給されるため、第１及び第２高圧側配管１５Ａ，１８Ａ内の圧力が上昇することを防止することができる。
【００８５】
本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅも、上記した第１〜第４行程を１サイクルとして繰り返すことにより、パルス管５０内で冷媒ガスの圧縮／膨脹が繰り返し生じ、パルス管５０の低温端５４で寒冷を発生させることができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る極低温冷凍機１０Ｅも、前記した第１実施形態に係る極低温冷凍機１０Ａと同様に、圧縮機１２から冷凍機本体３０Ａに冷媒ガスの供給を行わない期間においては、圧縮機１２の高圧側冷媒ガス供給系１３Ａの圧力が上昇してしまうことを防止することができる。また、圧縮機１２が冷凍機本体３０Ａから冷媒ガスを回収しない期間においては、圧縮機１２の圧力が低下するのを防止することができる。これにより、圧縮機１２の高圧側と低圧側の圧力差を低減することが可能になり、圧縮機１２の消費電力の低減を図ることができると共に、冷凍機本体３０Ａの冷凍効率の向上を図ることができる。
【００８７】
なお、図２及び図９に示した各バルブの開閉のタイミングはその一例を示すものであり、本発明に係る極低温冷凍機のバルブの開閉タイミングはこれに限定されるものではなく、適宜変更が可能なものである。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００８９】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  極低温冷凍機
１２  圧縮機
１３Ａ  高圧側冷媒ガス供給系
１３Ｂ  低圧側冷媒ガス回収系
１５Ａ  第１高圧側配管
１５Ｂ  第１低圧側配管
１８Ａ  第２高圧側配管
１８Ｂ  第２低圧側配管
２０  第１共通配管
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  冷凍機本体
４０  蓄冷器
５０  パルス管
５６  接続配管
６０  オリフィス
７０  第１バッファタンク
８０  第２バッファタンク
８１  第２共通配管
８２  高圧側バイパス配管
８４  低圧側バイパス配管
８６  高圧側オリフィス
８８  低圧側オリフィス
９０  シリンダ
９２  ディスプレーサ
１００  駆動機構
Ｖ１  第１開閉バルブ
Ｖ２  第２開閉バルブ
Ｖ３  第３開閉バルブ
Ｖ４  第４開閉バルブ
ＶＨ  高圧側バルブ
ＶＬ  低圧側バルブ
ＶＢ  バッファ用バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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